自己跌倒自己爬 浅谈高尔基体与溶酶体的研究进展
烤牛舌内容摘要: 随着科学的突飞猛进，人们对于细胞器的认识越来越深刻，逐渐形成了一致的概念，对于各种细胞器的功能也有的一定的了解，而对于认知较晚、结构复杂、形状多样的细胞器——高尔基体的功能，至今还有许多争议。而溶酶体是动物细胞中重要的细胞器, 其存在的完整性与动物生理病理均密切相关。溶酶体是真核细胞中为单层膜所包围的细胞质结构，内部pH 4～5，含丰富的水解酶，具有细胞内的消化功能。新形成的初级溶酶体经过与多种其他结构反复融合，形成具有多种形态的有膜小泡，并对包裹在其中的分子进行消化。 因此，溶酶体具有溶解或消化的功能，为细胞内的消化器官。 本文对高尔基体以及溶酶体的研究进展，即已经得到人们的一致认可的观点、研究成果等做了介绍。
关键词： 细胞 高尔基体 功能 溶酶体 细胞器 生命活动
前言： 随着科技发展，人们对于细胞的认识越来越深刻，认为细胞是个小小的生命，细胞中构造不同的细胞器时时刻刻进行着精确而复杂的一系列生化活动。对于结构精致、功能专一特化的细胞器，如染色体、线粒体、叶绿体、细胞核、细胞膜、核膜的主要功能，随着研究的深入，人们逐渐形成了比较一致的概念。而对于高尔基体及溶酶体的功能，也已经形成了
一些共识。
真核细胞的高尔基体是分泌途径中最重要的细胞器，它既控制细胞内新蛋白质和脂类合成后的修饰、分选和运翰到目的位里等重要过程，又参与细胞外物质进入细胞内的物质运输和信号转导过程。
溶酶体( Lysosome) 于20 世纪50 年代被发现,经过半个世纪的研究发现其在动物大多数门中存在。植物的液泡也可被认为是一种溶酶体。单细胞的原生动物也具有与高等动物十分相似的溶酶体,其功能是作为细胞内的消化管道。只有原核生物没有溶酶体。典型的细胞中含有约数百个溶酶体, 直径介于几百纳米至几个微米之间, 在不同的细胞类型中, 其数量和形态有很大差异, 即使在同一种细胞中, 其大小、形态也不尽相同( 异质性细胞器)。
下面让我们分别进一步的认识高尔基体和溶酶体.
高尔基体的形态和结构
高尔基休的形态在动植物细胞中基本相似，是由光面膜组成的囊泡系统，由近圆形扁平膜囊(saccules)、小泡(vesicles)和大泡(vacuoles)三个基本成分组成。扁平囊泡为高尔基体
最具特征的结构，是高尔基体的主体部分，一般4～6 个扁平囊泡平行地排列在一起形成高尔基堆。高尔基体具有一定的极性，扁平囊的凸面靠近细胞核或内质网，称为生成面或未成熟面，与其相反的凹面朝向细胞膜一侧，称为分泌面或成熟面。
在扁平囊泡的生成面，经常可以观察到许多小泡，称为高尔基体小泡。这些小泡一般认为是由附近内质网芽生而来，可能行使运输功能，把内质网合成的蛋白质运送到高尔基体，被称为运输小泡(translational vesicle)。扁平膜囊堆附近还有较大的球形大泡，这些大泡有的与扁平膜囊相连，通常认为大泡是由扁平囊泡的末端膨大而成的，为高尔基体的分泌产物，因此又被称为分泌泡。
构成高尔基体的膜囊区结构从生成面到成熟面各不相同，根据膜囊区的形态结构、细胞化学反应和执行功能，可把高尔基体分为3个组成部分，即顺面高尔基网状结构、高尔基中间膜囊和反面高尔基网状结构。顺面高尔基网状结构主要功能是分选来自内质网新合成的蛋白质和脂类，分选后将其大部分转入高尔基体中间膜囊，小部分再返回内质网。高尔基中间膜囊主要执行多数糖基的修饰、糖脂形成，以及高尔基体有关的多糖合成的功能。反面高尔基网状结构的主要功能是对蛋白质进行分选和修饰，之后这些蛋白将由分泌泡输出细胞或运向溶酶体
高尔基体在动植物细胞中的功能
3.1 参与细胞的分泌功能，将内质网合成的蛋白质进行分选和运输。
高尔基体参与细胞的分泌活动, 分泌蛋白质在粗面内质网合成后被运送到高尔基体, 在高尔基体内加以修饰后再被运入分泌泡一派狐言, 最后通过胞吐作用被分泌到细胞外。
内质网和高尔基体间存在一个主动运输过程, 内质网核糖体上合成的蛋白质通过小泡转运到高尔基体内侧面, 小泡与高尔基体内侧网络融合之后, 蛋白质进人高尔基体腔,然后经过中间储泡的出芽形成分泌小泡, 逐步向高尔基体外转运, 喝黑咖啡会变黑吗并伴随着各种蛋白质的进一步加工。加工方式主要有糖基化、蛋白原的水解等。在高尔基体外侧网络中要进行蛋白质的分选猫哆哩是什么意思, 然后形成不同的分泌小泡运送到不同的目的地。其分选机理主要是信号序列和受体之间的相互作用。
细胞分泌活动中，多种细胞器参与分泌物的合成与运输。高尔基体只在多糖类分泌物的分泌活动中发挥作用。糖蛋白的合成、多糖的合成, 以及氨基多糖的硫酸化都在高尔基体内进行。
3.2参与膜的转化
高尔基体在厚度和化学组成上都介于内质网和细胞质膜之间。高尔基体膜在形成面近似于内质网膜，在成熟面则近似于细胞质膜，介于两者之间的储泡膜则呈逐渐过渡的形态。高尔基体即可将内质网膜转化为细胞质膜，又可将细胞质膜转化为内质网膜。[4]内质网膜可以直接转变成细胞膜，但细胞膜不可以直接转变成内质网膜，需要间接转变。一种膜就是通过囊泡变成另外一种膜，囊泡就是起一个中介的作用。而高尔基体是内质网和细胞膜之间转化的中间过程。
3.3 参与细胞壁的合成
在植物细胞的有丝分裂中，人们很早就注意到高尔基体分泌小泡与细胞板形成有关。随着研究的深入，证实了高尔基体与细胞壁形成关系密切，细胞壁中的非纤维素类多糖已被证实是由高尔基体合成和运输的。迁喜[5]在高尔基体的膜上已发现了多种与多糖合成有关的酶，并且在植物细胞生命活动中，高尔基体在细胞壁形成或细胞中存在大量壁内突时，活动旺盛。
高尔基体可以进行蛋白聚糖的合成。动物细胞外基质的透明质酸、植物细壁中的多糖如半纤维素、果胶等就是在高尔基体中合成的。[4]高尔基体的分泌泡逐渐移向细胞表面，与细胞的质膜融合，而后破裂，内含物随之排出，提供细胞壁的形成的物质。
溶酶体的结构与功能
溶酶体最外层为单层脂膜,7 ～10 nm 厚,其磷脂成分与质膜接近,而与其他细胞器膜组成不同,这可能是由于质膜与溶酶体膜融合的结果。一般认为,溶酶体膜主要是从高尔基体出芽生成,再与细胞内的吞噬泡融合。溶酶体膜与细胞其他膜结构上的不同之处在于溶酶体膜上有V型H+-ATPa,通过水解ATP将质子转运到溶酶体内,以维持其酸性环境;膜上含有多种转运蛋白,可将有待降解的生物大分子转运进溶酶体,并将水解的产物转运出去;膜内表面含有大量糖链,可以防止其被水解酶水解,膜外表面带负电荷,主要为唾液酸,可能与膜融合的识别有关。传统上认为溶酶体的功能就是消化各种生物大分子,包括各种病原微生物,如巨噬细胞的溶酶体可将吞噬进来的病菌或异源物质隔离并消化。后来,逐渐发现了溶酶体的其他重要功能。在动物发育、衰老及组织更新过程中,细胞通过溶酶体发生的自吞噬作用,可将蛋白及细胞器消化。在胞吞过程中,溶酶体参与了胆固醇的代谢和受体的内化等重要细胞活动。一
些细胞中的溶酶体除了具备典型溶酶体的生物学功能外,还承担着存储、转运和分泌一些生物物质的功能,因而被称为分泌型溶酶体( Secretory lysosome) ,如黑色素细胞分泌黑色素,破骨细胞对骨组织的再吸收,自然杀伤细胞向靶细胞分泌蛋白水解酶,巨噬细胞和B淋巴细胞的抗原呈递等。研究还发现,敷衍读音溶酶体参与了受钙离子调控的细胞膜修复。
溶酶体完整性与生命活动的相关性
溶酶体损伤程度与细胞死亡的方式有一定的相关性:较低程度的损伤可引发细胞凋亡或凋亡样死亡,而严重的损伤可导致细胞坏死。
溶酶体完整性异常与疾病发生的相关性:作为细胞内重要的细胞器,溶酶体与多种疾病的发生密切相关。最早发现与溶酶体相关的疾病是溶酶体储留病,其特征是内部积留了大量水解底物或产物,原因是溶酶体的一些酶突变或缺失,如神经酰氨酶( Farber dia)、酸性鞘磷脂酶( Niemann-Pick dia)、氨基己糖酯酶( Tay-Sacks dia)缺失的患者脑组织内储留了超过正常100～300倍的神经节苷脂。溶酶体膜转运蛋白异常也会因无法及时将水解产物运出而导致储留病,如唾液酸转运子和半胱氨酸转运子突变可导致Salla病。
溶酶体失稳不仅使其丧失了正常生理功能,还会导致水解酶的释放。神经系统中,神经细胞内吞作用的加强和溶酶体失稳是老年性痴呆( Alzheimer dia, AD)的早期症状。异常溶酶体可促进细胞内产生非正常的或具有神经毒性的APP片段。虽然溶酶体降解Aβ被认为可以清除其细胞毒性,但体外实验表明,Aβ在溶酶体内积累会损伤膜,引起内含物的释放,并导致细胞死亡。它们被神经元摄取后,在溶酶体内积累,引起溶酶体Cathepsin的释放,并导致细胞凋亡和坏死。在朊病毒(PrP)感染的脑神经细胞中(疯牛病或羊瘙痒病)，溶酶体结构异常,并含有异常PrP的形式PrPsc。PrPsc 的加工过程可能在溶酶体内进行,其积累造成溶酶体的破裂,进而产生严重后果,其释放的水解酶可破坏细胞骨架,进而产生海绵状结构。
同时，溶酶体在肿瘤细胞中起到两种作用:一方面,癌基因的活化可能改变癌细胞溶酶体的功能,尤其是在具有转移性质的肿瘤中,溶酶体经常从核周区域转移到外周区域,其内含物有时会释放到胞外别墅庭院设计,参与细胞外基质的降解,以便于癌细胞转移和侵染;另一方面,很多凋亡刺激可以引起肿瘤细胞的溶酶体膜通透,并释放Cathepsin,加速凋亡的进程。同时,人们还发现多种致癌物质进入细胞,在与染色质结合前,先储存在溶酶体内。
结束语：高尔基体从发现到深人研究虽然有100多年的历史，无论是在结构和功能，还是
调控的分子机制等方面，都取得了许多重要进展，但直到今天还是存在许多没有解决的问题，如高尔基体的起源问题、高尔基体的生物发生包括生长和复制等过程及其分子机制也存在很大的问题，等。还有许多其他科学问题目前科学家都还没有解决，这些都推动着科学家的进一步研究。
而对溶酶体结构与功能的研究目前仍以理论研究为主,一些探索溶酶体相关功能的实验已经起到了一定的指导作用,但是许多问题还没有得到根本上的解决,例如最近发现的溶酶体参与受钙离子调控的细胞膜的修复,其中很多细节问题因为没有实验证据而缺乏说服力。另外,对于溶酶体结构的完整性与生命活动的相关性的研究也处于初级阶段,许多问题需要验证。对溶酶体的进一步研究有重要的理论和实际意义。
